Введение

Количественное определение движения жидкости

Измерение расхода – это количественное определение движения жидкости. Расход можно измерять с помощью устройств, называемых расходомерами, различными способами. Наиболее распространенные типы расходомеров, используемых в промышленности, перечислены ниже:
Расходомеры с препятствием (на основе разности давлений или переменной площади)
Выводные (турбинные)
Электромагнитные
Объемные расходомеры, которые накапливают определенный объем жидкости и затем подсчитывают количество циклов заполнения этого объема для измерения расхода.
Динамические (основанные на срыве вихрей)
Анемометры
Ультразвуковые расходомеры
Массовые расходомеры (на основе силы Кориолиса). Методы измерения расхода, отличные от объемных расходомеров, основаны на силах, возникающих в потоке при преодолении известного сужения, для косвенного вычисления расхода. Расход можно измерять путем определения скорости жидкости на известной площади. Для измерения очень больших расходов могут использоваться трассировочные методы, позволяющие определить скорость потока по изменению концентрации красителя или радиоизотопа.

Виды и единицы измерения

Как поток газа, так и поток жидкости могут быть измерены физическими величинами, такими как объемный расход или массовый расход, с соответствующими единицами СИ, например, кубические метры в секунду или килограммы в секунду соответственно. Эти измерения связаны с плотностью вещества. Плотность жидкости почти не зависит от условий. Это не относится к газам, плотность которых сильно зависит от давления, температуры и в меньшей степени от состава. Когда газы или жидкости передаются с учетом их энергетической ценности, как, например, при продаже природного газа, расход может также выражаться в единицах энергетического потока, таких как гигаджоули в час или BTU в день. Энергетический поток – это объемный расход, умноженный на энергетическую ценность в единице объема, или массовый расход, умноженный на энергетическую ценность в единице массы. Энергетический поток обычно рассчитывается на основе массового или объемного расхода с помощью вычислителя расхода. В инженерных расчетах объемный расход обычно обозначается символом , а массовый расход – символом . Для жидкости с плотностью , массовый и объемный расходы могут быть связаны соотношением .

Газ

Газы сжимаемы и изменяют объем при изменении давления, нагревании или охлаждении. Объем газа при одних условиях давления и температуры не соответствует тому же объему при других условиях. Будут использоваться понятия "фактическая" производительность расходомера и "нормальная" или "базовая" производительность расходомера, с единицами измерения, такими как acm/h (фактические кубические метры в час), sm3/sec (нормальные кубические метры в секунду), kscm/h (тысяча нормальных кубических метров в час), LFM (линейные футы в минуту) или MMSCFD (миллион нормальных кубических футов в день). Массовый расход газа может быть измерен напрямую, независимо от влияния давления и температуры, с помощью ультразвуковых расходомеров, расходомеров тепловой массы, расходомеров Coriolis или регуляторов массового расхода.

Жидкий

Для жидкостей используются различные единицы измерения в зависимости от области применения и отрасли, такие как галлоны (американские или имперские) в минуту, литры в секунду, литры на квадратный метр в час, бушели в минуту или, при описании расхода рек, кумеки (кубические метры в секунду) или акр-футы в день. В океанографии общепринятой единицей измерения объёмного расхода (например, объёма воды, переносимого течением) является свердруп (Sv), эквивалентный 10⁶ м³/с.

Первичный элемент потока

Первичный элемент расходомера – это устройство, устанавливаемое в поток жидкости и создающее физическую величину, которую можно точно соотнести с расходом. Например, диафрагма создает перепад давления, являющийся функцией квадрата объемного расхода через диафрагму. Первичный элемент вихревого расходомера создает серию колебаний давления. Как правило, физическую величину, генерируемую первичным элементом расходомера, удобнее измерять, чем сам расход. Свойства первичного элемента расходомера и соответствие реальной установки предположениям, сделанным при калибровке, являются критически важными факторами для точности измерения расхода.

Механические проливмеры

Расходомер объемного действия можно сравнить с ведром и секундомером. Секундомер запускается при начале потока и останавливается, когда ведро заполняется до предела. Объем, деленный на время, дает расход. Для непрерывных измерений необходима система непрерывного заполнения и опорожнения ведер, чтобы разделить поток, не выпуская его из трубопровода. Эти непрерывно формирующиеся и схлопывающиеся объемные перемещения могут быть реализованы в виде поршней, движущихся в цилиндрах, зубьев шестерен, контактирующих с внутренней стенкой расходомера, или посредством прогрессивной полости, создаваемой вращающимися овальными шестернями или спиральным винтом.

Счетчик поршней/резонансный поршень

Поскольку они используются для измерения расхода воды в бытовых целях, поршневые счетчики, также известные как роторные поршневые или счетчики полуположительного вытеснения, являются наиболее распространенными приборами для измерения расхода в Великобритании и применяются практически для всех размеров счетчиков до и включая 40 мм (1 1/2 дюйма). Поршневый счетчик работает по принципу вращения поршня внутри камеры известного объема. При каждом обороте через поршневую камеру проходит определенное количество воды. Через систему зубчатых передач и, иногда, магнитный привод, приводятся в движение стрелочный указатель и дисплей одометрового типа.

Овальный зубчатый прибор

Овальный шестеренчатый счетчик – это объемный счетчик, использующий две или более продолговатых шестерни, расположенных под прямым углом друг к другу, образуя Т-образную форму. У такого счетчика есть две стороны, которые можно назвать A и B. Никакая жидкость не проходит через центр счетчика, где зубья двух шестерен всегда зацеплены. На одной стороне счетчика (A) зубья шестерен перекрывают поток жидкости, поскольку удлиненная шестерня на стороне A выступает в измерительную камеру, а на другой стороне счетчика (B) полость удерживает фиксированный объем жидкости в измерительной камере. Когда жидкость давит на шестерни, она вращает их, позволяя жидкости в измерительной камере на стороне B выходить в выходное отверстие. В то же время жидкость, поступающая во входное отверстие, поступает в измерительную камеру стороны A, которая теперь открыта. Зубья на стороне B теперь перекрывают доступ жидкости на сторону B. Этот цикл повторяется по мере вращения шестерен и дозирования жидкости через чередующиеся измерительные камеры. Постоянные магниты во вращающихся шестернях могут передавать сигнал на электрический герконовый выключатель или датчик тока для измерения расхода. Несмотря на заявления о высокой производительности, они, как правило, не так точны, как конструкция с подвижными лопастями.

Измеритель передач

Измерители шестерен отличаются от овальных шестеренчатых счетчиков тем, что измерительные камеры формируются зазорами между зубьями шестерен. Эти отверстия разделяют поток жидкости, и по мере вращения шестерен от входного патрубка внутренняя стенка счетчика перекрывает камеру, удерживая фиксированный объем жидкости. Выходной патрубок расположен в зоне, где шестерни сближаются. Жидкость вытесняется из счетчика по мере зацепления зубьев шестерен, которые уменьшают доступные полости практически до нулевого объема.

Шпионажный механизм

Проточные счетчики с спиральными шестернями получили свое название благодаря форме их шестерен или роторов. Эти роторы имеют форму спирали – структуры, имеющей спиральную форму. Когда жидкость протекает через счетчик, она заполняет камеры в роторах, заставляя их вращаться. Длина ротора достаточна для того, чтобы вход и выход всегда были разделены, предотвращая свободный поток жидкости. Сопряженные спиральные роторы образуют прогрессивную полость, которая открывается для приема жидкости, герметично закрывается и затем открывается в сторону потока для выпуска жидкости. Этот процесс происходит непрерывно, а расход измеряется по скорости вращения роторов.

Дискомер для нотации

Это наиболее часто используемая система измерения расхода воды в домах. Жидкость, как правило вода, поступает в счетчик с одной стороны и воздействует на нутающий диск, установленный эксцентрично. Диск должен совершать колебательные движения, или нутацию, вокруг вертикальной оси, так как его нижняя и верхняя части остаются в контакте с монтажной камерой. Перегородка разделяет входную и выходную камеры. При нутации диска он непосредственно указывает на объем прошедшей через счетчик жидкости, а объемный расход отображается на механизме передачи и регистрирующем устройстве, соединенном с диском. Он обеспечивает надежные измерения расхода в пределах 1 процента.

Потокомер турбины

Турбинный расходомер (точнее, осевая турбина) преобразует механическое действие вращающейся в потоке жидкости турбины вокруг оси в измеримую пользователем скорость потока (галлоны в минуту, литры в минуту и т.д.). Турбина спроектирована таким образом, что поток жидкости обтекает ее со всех сторон. Колесо турбины устанавливается на пути потока жидкости. Протекающая жидкость воздействует на лопасти турбины, передавая силу на поверхность лопасти и приводя ротор в движение. Когда достигается устойчивая скорость вращения, эта скорость пропорциональна скорости жидкости. Турбинные расходомеры используются для измерения расхода природного газа и жидкостей. Турбинные расходомеры менее точны, чем объемные и струйные расходомеры при низких скоростях потока, но измерительный элемент не занимает и не сильно ограничивает весь проход потока. Направление потока обычно прямое, что обеспечивает более высокую скорость потока и меньшие потери давления по сравнению с объемными расходомерами. Они являются предпочтительным выбором для крупных коммерческих потребителей, систем противопожарной защиты и в качестве главных счетчиков в системах водоснабжения. Для защиты измерительного элемента от гравия или другого мусора, который может попасть в систему водоснабжения, обычно требуется установка фильтров перед расходомером. Турбинные расходомеры обычно доступны для труб диаметром от 4 до 30 см (1 1/2–12 дюймов) и более. Корпуса турбинных расходомеров обычно изготавливаются из бронзы, чугуна или ковкого чугуна. Внутренние элементы турбины могут быть изготовлены из пластика или нержавеющих сплавов. Они обеспечивают высокую точность в нормальных рабочих условиях, но сильно зависят от профиля потока и характеристик жидкости. Пожарные расходомеры – это специализированный тип турбинных расходомеров, имеющий сертификаты для высоких расходов, необходимых в системах противопожарной защиты. Они часто сертифицированы Underwriters Laboratories (UL), Factory Mutual (FM) или аналогичными организациями для использования в системах противопожарной защиты. Переносные турбинные расходомеры могут быть временно установлены для измерения расхода воды из пожарного гидранта. Обычно они изготавливаются из алюминия для снижения веса и имеют пропускную способность 7,5 см (3 дюйма). Водоканалы часто требуют их для измерения воды, используемой в строительстве, для наполнения бассейнов или в местах, где постоянный расходомер еще не установлен.

Вольтман-метр

Вольтман-метр (изобретённый Рейнхардом Вольтманом в 19 веке) состоит из ротора с винтовыми лопастями, установленными вдоль оси потока, подобно канальному вентилятору; его можно рассматривать как разновидность турбинного расходомера. Обычно их называют спиральными расходомерами, и они особенно популярны в больших размерах.

Однорезовый счетчик

Одноструйный счётчик состоит из простого крыльчатого колеса с радиальными лопастями, на которое воздействует одна струя. Они набирают популярность в Великобритании для больших диаметров и широко распространены в странах ЕС.

Измеритель колес для весловых колес

Расходомеры с гребным колесом состоят из трех основных компонентов: датчика гребного колеса, трубопроводного фитинга и дисплея/контроллера. Датчик гребного колеса состоит из свободно вращающегося колеса/крыльчатки со встроенными магнитами, ориентированными перпендикулярно потоку, которое вращается при помещении в текущую среду. Когда магниты в лопастях проходят мимо датчика, расходомер генерирует сигнал частоты и напряжения, пропорциональный скорости потока. Чем выше скорость потока, тем выше частота и выходное напряжение. Расходомер с гребным колесом предназначен для установки в трубопровод либо в линию, либо в виде вставного элемента. Они доступны с широким диапазоном типов фитингов, способов соединения и материалов, таких как PVDF, полипропилен и нержавеющая сталь. Как и турбинные расходомеры, расходомеры с гребным колесом требуют минимального прямого участка трубы до и после датчика. Дисплеи и контроллеры расхода используются для приема сигнала от расходомера с гребным колесом и преобразования его в фактическую скорость потока или суммарный расход. Обработанный сигнал может использоваться для управления процессом, генерации сигнализации, отправки сигналов на внешние устройства и т.д. Расходомеры с гребным колесом (также известные как датчики типа колеса Пелтона) предлагают относительно недорогое и высокоточное решение для многих применений в системах расхода, обычно с водой или жидкостями, подобными воде. или путем измерения статического и давления застоя для определения динамического давления.

Вентуриметр

Вентури-измеритель сужает поток определенным образом, а датчики давления измеряют разность давлений до и в месте сужения. Этот метод широко применяется для измерения расхода газа в трубопроводах и используется с времен Римской империи. Коэффициент расхода Вентури-измерителя находится в диапазоне от 0,93 до 0,97. Первые крупномасштабные Вентури-измерители для измерения расхода жидкостей были разработаны Клеменсом Гершелем, который начал использовать их для измерения малых и больших потоков воды и сточных вод в конце XIX века.

Плитка отверстия

Орифисная пластина — это пластина с отверстием, расположенная перпендикулярно потоку. Она создает сужение потока, а измерение перепада давления на этом сужении позволяет определить расход. По сути, это упрощенная форма трубки Вентури, но с большими энергетическими потерями. Существуют три типа орифисов: концентрические, эксцентрические и сегментные.

Далл-труба

Трубка Далла – это укороченная версия расходомера Вентури, характеризующаяся меньшим перепадом давления, чем у диафрагмы. Как и в случае с этими расходомерами, расход в трубке Далла определяется путем измерения перепада давления, вызванного сужением в трубопроводе. Перепад давления обычно измеряется с помощью мембранных датчиков давления с цифровым отображением. Благодаря значительно меньшим постоянным потерям давления по сравнению с диафрагмами, трубки Далла широко используются для измерения расхода в трубопроводах большого диаметра. Перепад давления, создаваемый трубкой Далла, выше, чем у трубки Вентури и сопла, при одинаковых диаметрах горла.

Трубка Пито

Для измерения скорости потока жидкости используется трубка Пито. Трубка направляется навстречу потоку, и измеряется разница между полным давлением на конце зонда и статическим давлением на его боковой поверхности, что позволяет определить динамическое давление, на основе которого скорость жидкости вычисляется с использованием уравнения Бернулли. Объемный расход можно определить, измеряя скорость в различных точках потока и строя профиль скорости.

Удельный вес трубки Пито

Трубы Пито усреднения (также называемые ударными датчиками) расширяют теорию трубы Пито на более чем одно измерение. Типичная труба Пито усреднения состоит из трех или более отверстий (в зависимости от типа датчика) на измерительном наконечнике, расположенных по определенному рисунку. Большее количество отверстий позволяет прибору измерять направление скорости потока в дополнение к его значению (после соответствующей калибровки). Три отверстия, расположенные в линию, позволяют измерять вектор скорости в двух измерениях. Введение большего числа отверстий, например, пяти отверстий, расположенных в форме креста, позволяет измерять трехмерный вектор скорости.

Конные счетчики

Конусомеры – это новое измерительное устройство перепада давления, впервые представленное в 1985 году компанией McCrometer в городе Хемет, штат Калифорния. Конусомер представляет собой универсальный, но надежный измеритель перепада давления, который демонстрирует устойчивость к воздействию асимметричного и закрученного потока. Работающие по тем же основным принципам, что и измерители перепада давления типа Вентури и диафрагмы, конусомеры не требуют такого же длительного прямолинейного участка трубопровода перед и после установки. Конус выполняет функцию как выравнивающего устройства, так и создателя перепада давления. Требования к прямолинейному участку трубопровода составляют от 0 до 5 диаметров, в то время как для диафрагмы требуется до 44 диаметров, а для Вентури – до 22 диаметров. Поскольку конусомеры обычно изготавливаются сварным способом, рекомендуется всегда проводить их калибровку перед вводом в эксплуатацию. Тепловое воздействие сварки неизбежно вызывает деформации и другие эффекты, препятствующие сбору и публикации табличных данных о коэффициентах расхода в зависимости от диаметра трубопровода, отношения бета и рабочих чисел Рейнольдса. Калиброванные конусомеры имеют погрешность до ±0,5%. Некалиброванные конусомеры имеют погрешность ±5,0%.

Линейные сопротивлениеметры

Линейные расходомеры сопротивления, также называемые ламинарными расходомерами, измеряют очень малые расходы, при которых измеренное дифференциальное давление линейно пропорционально расходу и вязкости жидкости. Такой режим течения называется вязкостным сопротивлением или ламинарным течением, в отличие от турбулентного течения, измеряемого с помощью диафрагм, трубок Вентури и других расходомеров, упомянутых в этом разделе, и характеризуется числами Рейнольдса ниже 2000. Первичный элемент расходомера может состоять из одной длинной капиллярной трубки, пучка таких трубок или длинной пористой пробки; такие малые расходы создают небольшие перепады давления, но более длинные элементы потока создают более высокие, более легко измеримые перепады. Эти расходомеры особенно чувствительны к изменениям температуры, влияющим на вязкость жидкости и диаметр элемента потока, что видно из определяющего уравнения Хагена — Пуазейля.

Протокомеры с переменной площадью

"Измеритель переменной площади" измеряет расход жидкости, изменяя площадь поперечного сечения устройства в зависимости от расхода, что вызывает некоторый измеримый эффект, указывающий на скорость потока. Ротаметр является примером измерителя переменной площади, в котором взвешенный "поплавок" поднимается в конической трубке с увеличением расхода; поплавок перестает подниматься, когда площадь между поплавком и трубкой становится достаточно большой, чтобы вес поплавка уравновешивался силой сопротивления потока жидкости. Ротаметр, используемый для медицинских газов, называется трубчатым расходомером Торпа. Поплавки изготавливаются различных форм, наиболее распространенными из которых являются сферы и сферические эллипсы. Некоторые из них сконструированы так, чтобы заметно вращаться в потоке жидкости, помогая пользователю определить, заклинило ли поплавок. Ротаметры доступны для широкого спектра жидкостей, но чаще всего используются с водой или воздухом. Они могут быть изготовлены для надежного измерения расхода с точностью до 1%. Другой тип – это отверстие с переменной площадью, в котором пружинный конический плунжер отклоняется потоком через отверстие. Величина смещения может быть соотнесена со скоростью потока.

Оптические потокомеры

Оптические расходомеры используют свет для определения скорости потока. Малые частицы, переносимые природными и промышленными газами, проходят через два лазерных луча, сфокусированных на небольшом расстоянии друг от друга в потоке внутри трубы, благодаря освещающей оптике. Лазерный свет рассеивается, когда частица пересекает первый луч. Детекторная оптика собирает рассеянный свет на фотодетекторе, который генерирует импульсный сигнал. Когда та же частица пересекает второй луч, детекторная оптика собирает рассеянный свет на втором фотодетекторе, преобразуя входящий свет во второй электрический импульс. Измеряя временной интервал между этими импульсами, скорость газа рассчитывается как где – расстояние между лазерными лучами, а – временной интервал. Лазерные оптические расходомеры измеряют фактическую скорость частиц, характеристику, не зависящую от теплопроводности газов, изменений расхода газа или его состава. Принцип работы позволяет оптической лазерной технологии обеспечивать высокую точность данных о расходе даже в сложных условиях, таких как высокая температура, низкая скорость потока, высокое давление, высокая влажность, вибрация трубопроводов и акустический шум. Оптические расходомеры очень стабильны, не имеют движущихся частей и обеспечивают высокую воспроизводимость измерений на протяжении всего срока службы прибора. Поскольку расстояние между двумя лазерными плоскостями не изменяется, оптические расходомеры не требуют периодической калибровки после первоначального ввода в эксплуатацию. Оптическим расходомерам требуется только одна точка подключения, в отличие от двух точек, обычно необходимых для других типов расходомеров. Одно место подключения проще, требует меньше обслуживания и менее подвержено ошибкам. Коммерчески доступные оптические расходомеры способны измерять расход от 0,1 м/с до более чем 100 м/с (диапазон измерений 1000:1) и доказали свою эффективность при измерении факельных газов из нефтяных скважин и нефтеперерабатывающих заводов, которые являются источником загрязнения атмосферы.

Измерение потока в открытом канале

Открытый поточное движение описывает случаи, когда текущая жидкость имеет верхнюю поверхность, открытую для атмосферы; поперечное сечение потока определяется только формой канала снизу и изменяется в зависимости от глубины жидкости в канале. Методы, подходящие для фиксированного поперечного сечения потока в трубе, неприменимы к открытым каналам. Измерение расхода в водных путях является важным применением открытого поточное движения; такие установки известны как гидропосты.

Уровень до потока

Уровень воды измеряется в заданной точке за водосливом или в водомерном желобе с использованием различных вторичных приборов (пузырьковые, ультразвуковые, поплавковые и дифференциального давления – распространенные методы). Эта глубина преобразуется в расход в соответствии с теоретической формулой вида, где – расход, – константа, – уровень воды, а – показатель степени, который меняется в зависимости от используемого прибора; либо преобразование осуществляется по эмпирически полученным точкам зависимости уровня от расхода ("гидрологическая кривая"). Расход затем может быть проинтегрирован по времени для определения объемного расхода. Приборы для измерения расхода по уровню воды обычно используются для измерения расхода поверхностных вод (источников, ручьев и рек), промышленных стоков и канализационных вод. Водосливы применяются для потоков с низким содержанием твердых частиц (как правило, поверхностных вод), а водомерные желоба – для потоков с низким или высоким содержанием твердых частиц.

Площадь/скорость

Площадь поперечного сечения потока рассчитывается на основе измерения глубины, а средняя скорость потока измеряется напрямую (часто используются доплеровский и пропеллерный методы). Умножение скорости на площадь поперечного сечения дает расход, который можно интегрировать для получения объемного расхода. Существуют два типа расходомеров скорости: (1) контактные; и (2) бесконтактные. Контактные датчики скорости обычно устанавливаются на дне канала или реки и используют эффект Доплера для измерения скорости взвешенных частиц. Зная глубину и запрограммированное поперечное сечение, можно определить объемный расход. Бесконтактные устройства, использующие лазер или радар, устанавливаются над каналом и измеряют скорость сверху, а затем используют ультразвук для измерения глубины воды также сверху. Радарные устройства могут измерять только поверхностную скорость, в то время как лазерные устройства способны измерять скорость под поверхностью.

Испытания красителей

Известное количество красителя (или соли) в единицу времени добавляется в поток. После полного перемешивания измеряется концентрация. Скорость разбавления равна расходу потока.

Акустическая доплеровская скоростометрия

Акустическая доплеровская вектороскопия (АДВ) предназначена для регистрации мгновенных составляющих скорости в одной точке с относительно высокой частотой. Измерения выполняются путем определения скорости частиц в удалённом объёме выборки на основе эффекта Доплера.

Электромагнитные, ультразвуковые и Кориолисовые потокомеры

Современные инновации в измерении расхода включают в себя электронные устройства, способные компенсировать изменения давления и температуры (то есть плотности), нелинейности и свойства жидкости.

Магнитные потокомеры

Магнитные расходомеры, часто называемые "маг-метрами" или "электромагнитными", используют магнитное поле, приложенное к измерительной трубе, что приводит к возникновению разности потенциалов, пропорциональной скорости потока, перпендикулярной линиям магнитного потока. Эта разность потенциалов считывается электродами, расположенными перпендикулярно потоку и приложенному магнитному полю. В основе работы лежит закон электромагнитной индукции Фарадея. Магнитный расходомер требует наличия проводящей жидкости и непроводящей внутренней облицовки трубы. Электроды должны быть устойчивы к коррозии при контакте с технологической средой; некоторые магнитные расходомеры оснащены дополнительными преобразователями для очистки электродов непосредственно в процессе. Приложенное магнитное поле импульсное, что позволяет расходомеру компенсировать влияние блуждающих напряжений в трубопроводной системе.

Электромагнитные бесконтактные потокомеры

Система лоренцевой силовой скорости называется лоренцевым силовым расходомером (LFF). LFF измеряет интегральную или объемную силу Лоренца, возникающую в результате взаимодействия движущегося жидкого металла с приложенным магнитным полем. В данном случае характерный размер магнитного поля сопоставим с размерами канала. Важно отметить, что при использовании локализованных магнитных полей возможно проведение измерений локальной скорости, и в этом случае используется термин "велосиметр силы Лоренца".

Протокомеры Coriolis

Используя эффект Кориолиса, который вызывает деформацию боково вибрирующей трубки, можно получить прямое измерение массового расхода в расходомере Кориолиса. Кроме того, достигается прямое измерение плотности жидкости. Измерения с помощью расходомера Кориолиса могут быть очень точными независимо от типа измеряемого газа или жидкости; одна и та же измерительная трубка может использоваться для газообразного водорода и битума без перекалибровки. Расходомеры Кориолиса могут применяться для измерения расхода природного газа.

Измерение потока лазерно-допплеровской

Луч лазерного света, падающий на движущуюся частицу, частично рассеивается с изменением длины волны, пропорциональным скорости частицы (эффект Доплера). Лазерный доплеровский велоциметр (LDV), также называемый лазерным доплеровским анемометром (LDA), фокусирует лазерный луч в небольшой объем в текучей среде, содержащей мелкие частицы (естественного происхождения или добавленные искусственно). Частицы рассеивают свет с доплеровским сдвигом. Анализ этого сдвинутого значения длины волны позволяет напрямую и с высокой точностью определить скорость частицы и, следовательно, получить близкое приближение скорости текучей среды. Существует ряд различных методов и конструкций устройств для определения доплеровского сдвига. Все они используют фотодетектор (обычно лавинный фотодиод) для преобразования света в электрический сигнал для анализа. В большинстве устройств исходный лазерный луч разделяется на два луча. В одном из распространенных классов LDV два луча пересекаются в своих фокусах, где они интерферируют и создают набор прямых интерференционных полос. Затем датчик выравнивается по потоку так, чтобы полосы были перпендикулярны направлению потока. Когда частицы проходят через эти полосы, рассеянный свет с доплеровским сдвигом собирается фотодетектором. В другом распространенном классе LDV один луч используется в качестве опорного, а другой – рассеивает свет с доплеровским сдвигом. Затем оба луча собираются на фотодетектор, где для выделения доплеровского сигнала используется оптическое гетеродиновое детектирование.

Калибровка

Хотя в идеале расходомер не должен подвергаться влиянию окружающей среды, на практике это маловероятно. Зачастую ошибки измерений возникают из-за неправильной установки или других факторов, зависящих от условий эксплуатации. Методы in situ применяются, когда расходомер калибруется в реальных условиях потока. Результатом калибровки расходомера являются два взаимосвязанных параметра: показатель характеристик и значение расхода.

Метод времени транзита

Для потоков в трубах применяется так называемый метод времени прохождения, при котором радиотрассер вводится в измеряемый поток в виде импульса. Время прохождения определяется с помощью радиационных детекторов, расположенных снаружи трубы. Объемный расход вычисляется путем умножения измеренной средней скорости потока жидкости на площадь поперечного сечения трубы. Полученное эталонное значение расхода сравнивается с одновременным значением расхода, выдаваемым измеряемым прибором, подлежащим калибровке. Процедура стандартизована (ISO 2975/VII для жидкостей и BS 5857 2.4 для газов). Наилучшая аккредитованная погрешность измерения для жидкостей и газов составляет 0,5%.

Метод разведения трацера

Для калибровки измерений расхода в открытом канале используется метод разбавления радиотрассером. Раствор с известной концентрацией трассировщика вводится в поток канала с постоянной известной скоростью. Ниже по течению раствор трассировщика тщательно перемешивается по сечению потока, непрерывно отбирается проба и определяется его концентрация по отношению к концентрации вводимого раствора. Расход используется в качестве опорного значения, определяемого на основе условия баланса трассировщика между вводимым потоком трассировщика и потоком разбавления. Процедура стандартизована (ISO 9555-1 и ISO 9555-2 для расхода жидкости в открытых каналах). Наилучшая аккредитованная неопределенность измерения составляет 1%.